真空也有摩擦力

真空不空

一个在真空中旋转的球，如果排除外界的引力、电磁力的作用，那么它将旋转到地老天荒，也不会停下来。经典物理学的教科书上是这么说的，因为在没有外力作用的情况下，角动量和能量要保持守恒。

但是，经常跟经典物理学作对的量子力学再次做出惊人的预言：真空中旋转的球速度将会逐渐慢下去，直至完全停止!

难道在量子力学中角动量和能量可以不守恒吗?非也!原因是，真空也有摩擦力!

这话怎么讲?

我们通常认为，真空嘛，就是空无一物、什么都没有的空间。这也是经典物理学秉持的看法。

但量子力学却告诉我们，真空并不真的是空的，而是充满了此起彼伏的量子涨落：大量正反粒子对不断地产生又湮灭。由于这些粒子存在时间极短，故称“虚粒子”。

原则上，真空可以产生任何虚粒子。但由于在量子涨落中，涨落幅度越小的量子出现的概率越大，而在所有基本粒子中，光子的静止质量为零，产生它的量子涨落幅度最小，所以虚光子最容易产生。

真空摩擦力的来源

通常情况下，我们是探测不到这些虚光子的，但它们可以产生实实在在的影响。比如，可以像实粒子一样撞击真空中的物体。

由于虚光子的运动是完全随机的，当物体静止的时候，来自不同方向的撞击相互抵消，所以在物体上显不出什么效果来。但一旦物体运动起来，情况就不一样了。

假设现在有两个虚光子A和B，它们的运动速度一样，但方向相反，A与物体的运动方向一致，B与物体的运动方向相反。A从后面撞击物体，使其获得能量，加速;而B从前面撞击物体，使其损失能量，减速。

从字面上看，一个加速，一个减速，抵消之后，似乎物体应该保持原来的速度。但事实上，并非如此。学过中学物理的人都知道，A的撞击使物体获得的能量总是要小于B的撞击使物体损失的能量，最终结果是，物体减速。生活中，汽车面对面相撞往往比追尾相撞要损失严重，正是这个道理。

这就不难理解，对于在真空中旋转的球，尽管虚光子的撞击来自四面八方，但最终结果却是让它的转动减速，直至停止。

其实，这跟球在静止的空气中旋转，最终会停下来是一个道理。只不过，一个受到的是虚光子的撞击，另一个受到的是空气分子的撞击。

决定真空摩擦力的因素

真空的这种效应，其强度取决于物体的构成和大小。那些用不容易吸收电磁波的材料(如金)做的物体，可能很少减速或根本不减速。因为物体与虚光子相撞，涉及到光子的吸收和重新发射(这与两个宏观物体之间的相撞有所不同)。物体质量越大，自然也越不容易减速，因为真空的摩擦力毕竟是很小的。所以，旋转物体如果是容易吸收电磁波又质量微小的颗粒物，减速就会比较明显。

减速的快慢还取决于温度，因为温度越高，真空中产生的虚光子就越多。在室温下，一粒直径100纳米(差不多是大多数星际尘埃的量级)的石墨球，将需要大约10年才能减速到其初始转速的三分之一。在700℃下，下降同样的速度只需要90天。在接近绝对零度(大部分星际空间的温度)时，则需要270万年。

当物体减速时，它所失去的旋转能量将会以真实的、可探测的光子的形式发射出来。但很遗憾，探测这种光子需要很高的精度，超出了我们目前的技术水平。

来自：大科技杂志社